黄铁矿的标型特征及其在矿床中的应用

黄铁矿的标型特征及其在矿床中的应用

摘要：黄铁矿是硫化物矿床中的常见矿物，也是地壳中最重要和分布最广的硫化矿物之一。绝大多数原生金矿床和有色金属矿床均和黄铁矿关系密切[1-2]，并且在不同的成矿环境中黄铁矿在成分含量及特征指数等方面均有差异；所以，黄铁矿最具有重要的研究价值。黄铁矿Fe[S2] 为等轴晶系，岛状NaCl 型结构衍生结构，其形态、结构、物理性质及化学成分等均具有成因意义。在不同物理—化学条件下产生的黄铁矿，其形态、结构和物理化学性质都存在着大小不同的差异。通过对黄铁矿标型特征的研究，不仅可以进行矿床成因分析，还可以作为一种找矿标志，指导找矿工作的进行。

矿物的标型特征是指在不同地质时期和不同地质作用条件下，形成于不同地质体中的同一种矿物在各种属性上所表现的差异，这些差异能够作为判断其形成条件的标志。

1黄铁矿的形态标型及在矿床中的应用

黄铁矿是地壳中最重要和分布最广泛的硫化矿物之一，绝大多数金属矿床中都有黄铁矿的产出，在不同成因形成的矿床中，其标型特征各不相同，其形态特征能够给出矿床成因和成矿远景方面的重要信息。沉积形成的黄铁矿大多为八面体{111}、立方体{100}晶面的聚形晶体。沉积形成的含铜砂岩铜矿石中的黄铁矿中五角十二面体{hk0}占90%，立方体{100}只占10%。东伙房金矿中黄铁矿{100}+ {321}，{210}+ {321}及{100}+{210}+{111}3种聚形只出现在主成矿阶段，且主成矿阶段的{100}晶面上条纹较发育，有多种晶型连生现象，可作为一种找矿标志[1]。

2 黄铁矿的成分标型及在矿床中的应用

矿物的化学成分是矿物最本质的因素之一，它的变化和形成条件有密切关系，是信息量最大的标型特征。矿物成分标型的理论基础是：矿物的成分及其类质同象代替，同位素、包体成分等随着介质的物化条件而改变，因而可以利用成分的变化来判断形成矿物的介质的物化条件。

黄铁矿微量元素与成因关系中讨论最多的是Co、Ni含量及Co/Ni比值。沉积成因和层控型黄铁矿中Ni＞Co，Co/ Ni＜0.6，沉积成因黄铁矿中Co含量小于1×10-4；而热液矿床成因的Co/Ni=1～3，Co含量为4×10-4～2.4×10-4；火山成因黄铁矿中Co/Ni比值更大，为2.57～8.42。岩浆热液型矿床中的黄铁矿Co/Ni＞1，岩浆型或沉积型硫化物矿床Co/Ni＜1。浩列和尼克尔（Hawley & Nichol，1962）研究了热液铜矿、铜镍矿及金矿中黄铁矿Ni、Co 值及Co/Ni比值，得到表1。以铜镍矿床中Co、Ni值最大，热液铜矿中Co/Ni比值最大，金矿中Co/Ni比值最小。

表1 加拿大不同矿床中黄铁矿的Co、Ni特征

矿区黄铁矿样品数Co Ni Co/Ni

铜镍矿

肖德贝里8 1.33 0.25 5.3 5 1.05 0.10 10.3 1 0.18 0.20 0.9

铜矿

Fisnelon 3 0.088 0.0057 11.6 Ohibougaman 4 0.30 0.011 27.3 Quemont 4 0.084 0.0022 38.2

Noranda 8 0.116 0.0041 28.3

Normetal 12 0.062 0.0016 38.7

Manitowadwa 8 0.031 0.0011 26.2

合计

Meintyre 21 0.079 0.014 1.9

低8 0.035 0.034 1.0

高13 0.105 0.044 2.4

（据Hawley & Nichol , 1961）

罗夫托等（Loftuo等，1976）研究了塔斯曼尼亚西部多种岩石和矿石中黄铁矿及花岗岩中黄铜矿-黄铁矿脉中的黄铁矿和蚀变火山岩中的黄铁矿Co、Ni含量（共106个样品），分析之后得到表2和图1

表2 塔斯曼尼亚西部不同成因黄铁矿中Co、Ni及Co/Ni平均值

成因类型Co（ppm）Ni（ppm）Co/Ni 样品数图上编号

沉积岩88.4 376.3 0.21 32 1、10、11、12

花岗岩 6.9 16.2 0.74 20 2、5、6、7 花岗岩中铅锌矿 5.3 26.5 0.24 1 4 花岗岩中石英-锡石脉 4.4 32.0 0.14 5 9

花岗岩中石英-锡石脉 3.6 12.0 0.32 22 8

层状火山岩铅锌铜矿床 5.4 13.3 0.56 3 3 火山-黄铁-铜矿床307.8 114.3 3.14 11 13、14

火山-黄铁-铜矿床63.6 71.0 -1.08 12 15、16

图1 塔斯曼尼亚西部某些岩石和矿床中黄铁矿Co、Ni含量特征（据Loftuo，Hills等，1967）

1.沉积岩，

2.花岗岩，

3.火山岩，

4.花岗岩中石英锡石脉，

5.花岗岩，6、7.花岗岩中黄铜-黄铁矿脉，8、9.石英锡石脉，10、11、

12.黑色页岩，13、14、15、16.蚀变火山岩

从分析数据可以看出，黄铁矿中Co、Ni值及Co/Ni比值，具有一定的标型意义，特别是Co/Ni比值有指示成因的作用。如沉积型矿床一般Co/Ni<1，高温岩浆热液矿床一般Co/Ni>1，层控矿床，特别与火山作用有关的层控矿床Co/Ni可大可小，视受热液改造的强弱变化。

在高温条件下，Se、Te等元素易发生类质同象作用替代S，所以矿床中Se、Te含量会发生变化，徐国风（1980）分析了部分国外资料，得出以下结论：

表3 不同成因矿床中S/Se比值的变化范围

矿床类型S/Se比值

层控矿床17.6×104～33.4×104

同生沉积矿床＞3×104

沉积-改造矿床0.19 ×104～0.8×104

徐国风等（1980）统计国内外的资料，得出表4。黄铁矿中的微量元素比较具有成因标型意义，特别是Co、Ni、Se、Te、Au等意义重大。

表4 不同成因类型矿床中黄铁矿的微量元素标型特征

黄铁矿是金矿中普遍而重要的载金矿物，载金矿物中出现黄铁矿的金矿床占总数的98％，以黄铁矿作为主要载金矿物的金矿床占总数的85％，可见黄铁矿标型特征在金金矿床中也有很重要的指示意义。严育通，李胜荣等（2012）统计了大量的资料，通过对各个类型54个金矿中的黄铁矿的成分平均值、标准差特征、黄铁矿中元素组合规律、δFe－δS特征等方面进行分析研究，认为黄铁矿成分标型具有良好的指示矿床成因的意义。

3 黄铁矿的物理标型及在矿床中的应用

黄铁矿属于半导体矿物，其热电性通常是指导型（电子型N 、空穴型P , 前者热电动势为负值, 后者为正值），一个颗粒可以是单一型，也可以是混合型。由于不等价杂质组分代替，如Co3+、Ni3+代替Fe2+ 或[As]3+、[AsS]-代替[S2]2-时，产生电子心（N型）或空穴心（P型）而具导电性。在热的作用下，所捕获的电子易于流动，并有方向性，形成电子流，产生热电动势而具热电性。